DE671609C - Einrichtung zur Kraftuebertragung, insbesondere fuer Fahrzeuge - Google Patents

Description

Für die Zwecke der Kraftübertragung sind elektromechanische Getriebe bekannt, die aus einem dreigliedrigen Umlaufrädergetriebe und mindestens zwei elektrischen Maschinen bestehen. Von diesen Maschinen arbeitet die eine (Hilfsmaschine) nebst Antriebsmotor auf das erste Glied und die zweite elektrische Maschine (Regelmaschine) auf das zweite Glied, und zwar derart, daß das dritte Glied des Umlaufrädergetriebes entsprechend der Regelung der elektrischen Maschinen bei konstanter Drehzahl (Grunddrehzahl) des Antriebsmotors schneller oder langsamer als dieser läuft.

Weiter sind Wechselgetriebe bekannt, bei denen das Uberschalten von der einen Stufe zur anderen ohne Unterbrechung des Drehmomentes erfolgt. Diese Getriebe sind j edoch verhältnismäßig teuer, so daß man bei ihrer Verwendung mit Rücksicht auf die Herstellungskosten eine geringe Stufenzahl anstrebt. Die geringe Stufenzahl ergibt jedoch eine un- - stetige Arbeitsweise. Weiterhin muß man in einem solchen Falle eine schlechte Maschinenausnutzung in Kauf nehmen, sofern es sich um Antriebe konstanter Leistung· handelt.

Zur Behebung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, Wechselgetriebe mit elektromechanischen! Getriebe hintereinanderzuschalten, und zwar derart, daß das Wechselgetriebe entweder hinter das dritte Glied des zum elektromechanischen Getriebe gehörigen Umlaufrädergetriebes oder zwischen Antriebsmotor nebst der einen elektrisehen Maschine und erstem Glied geschaltet ist. In besonderen Fällen kann sowohl vor dem ersten Glied als auch hinter dem dritten Glied des Umlaufrädergetriebes ein Wechselgetriebe angeordnet sein.

Durch eine solche Hintereinanderschaltung von elektromechanischen! Getriebe und Wechselgetriebe erhält man bei entsprechender Drehzahlregelung der Regelmaschine und Schaltung des Wechselgetriebes eine Kraftübertragungseinrichtung mit stetigem Drehmomentverlauf über einen beliebig großen Regelbereich, wobei die elektrische Hilfsund Regelmaschine klein wird. Ein solcher stetiger Verlauf des Drehmomentes ist bei einer bekannten, aus der Vereinigung eines Zahnradwechselgetriebes mit einem hydraulischen Momentwandler bestehenden Kraftübertragung nicht zu erreichen. Will man nämlich bei einer derartigen Kraftübertragung eine Stufe des mechanischen Wechselgetriebes schalten, so muß man vorher den Kraftfluß vom Antriebsmotor aus unterbrechen, indem man beispielsweise den vorgeschalteten hydraulischen Kreislauf entleert oder die Brennstoffzufuhr unterbricht. Hieraus ergibt sich aber eine Stufe in der Momentenlinie, welche durch die Erfindung gerade vermieden werden soll.

von

Zum Nachweis dieser Vorzüge sei auf Abb. ι der Zeichnung verwiesen.

Das Wechselgetriebe erhält z.B. zwei Stufen ι : 2 und 1 : \li und liegt hinter dem dritten Glied des zum elektromechanischen Getriebe gehörigen Umlaufrädergetriebes. Das elektromechanische Getriebe soll dabei zwischen ι : 1 und 1 : \f% stetig regelbar sein, um bei konstanter Leistung einen stetigen Regelbereich von 1 :4 zu erhalten. Die elektrischen Maschinen sind für eine Leistung

a' f¹ —,7=) = rund 15% der Antriebs-

motorleistung auszulegen.

Abb. ι zeigt die Kennlinien dieses Getriebes, das in erster Linie für Fahrzeuge gedacht ist; ν ist die Fahrzeuggeschwindigkeit, Md ist die Drehmomentlinie (Zugkraftlinie), η ist die Drehzahl des Antriebsmotors und der Hilfsmaschine, n_r die Drehzahl der Regelmaschine. Bei 85 °/o Fahrzeuggeschwindigkeit ist die Drehzahl der Regelmaschine Null. Außerdem sind die Stufen des Wechselgetriebes kurzgeschlossen, d. h. das Wechsel- «5 getriebe arbeitet mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1. In dem Bereich von 85 bis 100 °/₀ der Fahrzeuggeschwindigkeit arbeitet die Regelmaschine auf Geschwindigkeitssteigerung, von 85 bis 70 °/₀ auf Geschwindigkeitsminderung bzw. Drehmomentsteigerung. Nach Einschaltung der Wechselgetriebestufe ι: |/2 erhält man den Regelbereich 50 bis 70 °/o- Wirkt nur die Stufe τ : 2, so arbeitet man im Regelbereich 35 bis 5° %■ Sind beide Getriebestufen 1 : 2 und ι : yi~ eingeschaltet, so hat man den Regel- - bereich von 25 bis 35 °/o. Unterhalb von 25 °/o wird der Antriebsmotor in seiner Drehzahl herunter geregelt, wobei die Drehzahlen von Hilfs- und Regelmaschine sich verhältnismäßig ändern. Beträgt die niedrigste Hauptmotordrehzahl 40 °/o ihrer Vollauf drehzahl, so muß das Anfahren von ο bis 10 °/₀ bei schlüpfender Reibungskupplung vor sich gehen, falls die Schaltung der elektrischen Maschinen nicht auf reinen Leonardbetrieb umgestellt wird.

Aus dem Verlauf der Drehzahllinien ist zu ersehen, daß bei konstanter Hauptmotordrehzahl sich die Regelmaschinendrehzahl sägeförmig ändert. Die Drehmoment- oder Zugkrafthyperbel verläuft ideal. Die elektrisch zu leistende Arbeit ist außerordentlich gering, so daß auch die elektrischen Verluste klein sind. Bei Anfahrgetrieben ist für die Größenbemessung der elektrischen Maschinen die prozentuale Einschaltdauer zu berücksichtigen. Getriebe, die nicht häufig anfahren, können während des Laufes ihre Energie rein mechanisch übertragen. Da das elektromechanische Getriebe ohne nennenswerten Aufwand zwei bzw. drei mechanisch wirkende Getriebestufen besitzen kann, von denen die eine als Zwischenstufe dient, stehen im Beispiel nach Abb. 1 acht bzw. neun mechanische Stufen zur Verfügung, die in Abb. 1 durch kleine Kreise auf der Drehmomentlinie gekennzeichnet sind.

Abb. 2 zeigt den Aufbau eines Getriebes, das aus einem Wechselgetriebe A und einem diesem vorgeschalteten elektromechanischen Getriebe B besteht. C ist der Antriebsmotor. Das Wechselgetriebe Λ ist aus zwei Umlauf rädergetrieben 1 und 2 zusammengestellt, während das elektromechanische Getriebe B aus dem Umlaufrädergetriebe 3 und der Hilfsmaschine 4 und der Regelmaschine 5 besteht. Die Schaltkupplungen 6 bis 11 der Umlaufrädergetriebe i, 2 und 3 sind als Reibungskupplungen, z. B. Lamellenkupplungen, ausgebildet. Die Kupplungen verbinden den Käfig bzw. das Hohlrad entweder mit dem feststehenden Gehäuse, wobei die Getriebestufe wirksam ist, oder mit einer Sonnenradwelle, wobei die Getriebestufe kurzgeschlossen ist. Während die Schaltkupplungen 10 und 11 des elektromechanischen Getriebes B eine Ausschaltstellung besitzen, in der keine Kupplung eingeschaltet ist, weisen die übrigen Kupplungspaare 6 bis 9 als reine Wechselkupplungen diese Stellung nicht auf.

Das elektromechanische Getriebe B kann mit dem Hauptmotor C durch eine Reibungskupplung 12 verbunden werden. 13 ist die Bremse für das erste Sonnenrad des Umlaufrädergetriebes 3. Die Hilfsmaschine 4 steht mit dem Hauptmotor C über ein Zahnradgetriebe 14 und die Regelmaschine 5 über ein Getriebe z. B. mittels einer Übertragungskette 15 mit dem Käfig des LTmlaufräder- getriebes 3 in dauernder mechanischer Verbindung. Durch die Kupplung 16 können Hilfsmaschine 4 und Regelmaschine 5 miteinander mechanisch verbunden werden. 17 ist das Wendegetriebe des Fahrzeuges.

Die Arbeitsweise des Getriebes ist die folgende :

Bei stillstehendem Fahrzeug läuft der Hauptmotor mit Leerlaufdrehzahl, die etwa 40 °/o der normalen Betriebsdrehzahl beträgt. Die Kupplungen 12, 16, 10, 11, 6 und 9 sind ausgeschaltet. Die Bremse 13 ist gelüftet. Die Kupplungen 7 und 8 sind eingeschaltet. Außerdem sind die elektrischen Maschinen 4 und s elektrisch verbunden, wobei bei voller Erregung der Maschine 4 die Regelmaschine 5 im Sinne einer Drehzahlverminderung auf das Umlaufrädergetriebes einwirkt.

Soll jetzt angefahren werden, so ist die Kupplung 12 einzuschalten. Die Kupplung schlüpft unter Ausübung eines Drehmomentes so lange, bis das Sonnenrad des Umlaufräder-

getriebes 3 die gleiche Drehzahl aufweist wie der Hauptmotor C. Anschließend wird die Drehzahl des Hauptmotors C beispielsweise durch Einwirkung auf den Drehzahlregler bis zur Vollaufdrehzahl gesteigert. Jetzt wird die Erregung der Hilfsmasohine 4 geschwächt und über Null hinaus nach der anderen Richtung verstärkt, so daß die Regelmaschine 5 allmählich langsamer läuft und dann ihre Drehrichtung umkehrt. Hat die Regelmaschine 5 ihre höchste Drehzahl erreicht, so wird die Kupplung 8 ausgeschaltet und 9 eingeschaltet.

Während dieser Umschaltung wird die *5 Regelmaschine 5 schnell umgekehrt, so daß der Hauptmotor C seine Drehzahl beibehält. Nach erneuter Hinaufregelung des elektromechanischen Getriebes B werden die Kupplungen 9, 7 aus- und 8, 6 eingeschaltet. Ist auch dieser Regelbereich durchlaufen, so wird die Kupplung 8 aus- und 9 eingeschaltet. Bei jeder Kupplungsschaltung gibt die Regelmaschine 5 den erforderlichen Ausgleich.

Mit Hilfe der Kupplung 10 kann das Umlaufrädergetriebe 3 kurzgeschlossen werden. Bei Einschaltung der Kupplung 11 wirkt das Umlaufrädergetriebe als reine mechanische Übersetzungsstufe, wobei die Regelmaschine 5 elektrisch abgeschaltet ist. Arbeitet die Regelmaschine 5 mit höchster Drehzahl im Sinne einer Drehzahlverminderung des Umlaufrädergetriebes 3, so- kann die Kupplung 16, die auch eine Klauenkupplung sein kann, eingeschaltet werden, da dann die Maschinen 4 und 5 in Drehzahl und Drehrichtung übereinstimmen.

Bei Rangierfahrten mit geringer Fahrgeschwindigkeit kann nach Betätigung der Bremse 13 und Ausschaltung der Kupplung 12 unter Ausnutzung der reinen elektrischen Übertragung von 4 nach 5 das Fahrzeug in beiden Richtungen angetrieben werden.

Nicht in allen Fällen ist es erforderlich, daß die Regelung bei konstanter Leistung erfolgen muß. Ist beispielsweise das Drehmoment konstant, so ist es, wie Abb. 3 zeigt, zweckmäßiger das Wechselgetriebe vor das erste Glied des zum elektromechanischen Getriebe gehörigen Umlaufrädergetriebes zu legen. Beträgt die Grundzahl η des Hauptantriebsmotors 80 % der Höchstdrehzahl des Getriebes, so ist die maximale Leistung der Regelmaschine 20 °/o des Hauptmotors, und der Regelbereich des elektromechanischen Getriebes erstreckt sich bei vorgenannter Grunddrehzahl (M₁ = 80 °/o) von 60 — 100 °/o-

Wird vor das erste Glied eine Getriebestufe ι : 2 hinzugeschaltet, so läuft das erste Glied bei unveränderter Hauptmotordrehzahl mit M₁ = 40 % der Höchstdrehzahl. Da die Drehzahlen der Regelmaschinen absolut die gleichen geblieben sind, erstreckt sich der Regelbereich bei vorgeschalteter Getriebestufe von 20 — 60 °/o- Ist die Drehzahl des ersten Gliedes M₁ = o, so ist der zugehörige Regelbereich — 20 °/o über ο bis 4- 20 °/₀. Für den Fall, daß der Hauptmotor umkehrbar ist, gewinnt man bei Anwendung des elektromechanischen Getriebes mit einer vorgeschalteten Wechselstufe und 20 °/₀ Leistung der Regelmaschinen einen stetigen Regelbereich von +100 °/o über 0 bis — 100 °/o-

Gegenüber einem normalen Leonardsatz erhält man auf diese Weise nicht nur kleinere Maschinen und besseren Wirkungsgrad, sondern auch einen größeren Regelbereich, der sich mit Rücksicht auf den Kommutator besser an ο anschmiegt. Ist beispielsweise eine elektrische Regelung von 1 : 20 zulässig, so beträgt bei dem normalen Leonardsatz die niedrigste Drehzahl 5 °/₀ gegenüber 1 % beim elektromechanischen Getriebe. Soll auf Stufe ο die Regelmaschine nicht abgeschaltet werden, so muß man die mit konstanter Drehzahl laufende Hilfsmaschine fortwährend umerregen, um so die Antriebswelle kaum wahrnehmbar hin und her pendeln zu lassen.

Abb. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein derartiges Getriebe.

Mit A ist wiederum das Wechselgetriebe, mit B das elektromechanische Getriebe und mit C der Antriebsmotor bezeichnet. 4 und 5 sind die beiden elektrischen Maschinen, 14 und 15 die zugehörigen Verbindungsgetriebe. 3 ist das Umlaufrädergetriebe des elektromechanischen Getriebes. Die Kupplung 7 macht das Wechselgetriebe A wirksam, und die Kupplung 6 schließt das Wechselgetriebe kurz. 12 ist die Hauptkupplung, die die mechanische Verbindung des Hauptmotors C mit dem Getriebe^ und B herstellt. 13 ist eine Bremse, welche über das Wechselgetriebe A das erste Sonnenrad des Umlaufrädergetriebes festhält. 18 ist ein Regler mit Schaltvorrichtung zur gemeinsamen Betätigung von 6, 7, 12 und 13.

Die Arbeitsweise des Getriebes ist die folgende :

Bei stillstehendem Fahrzeug ist die Kupplung 7 ein- und die Kupplung 12 ausgeschal- no tet. Die Bremse 13 ist wirksam. Nach Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen der Hilfsmaschine 4 und der Regelmaschine 5 kann durch entsprechende Erregung von 4 der Käfig des Umlaufrädergetriebes 3 mit beliebiger Drehzahl nach beiden Richtungen laufen, so daß beispielsweise nach Abb. 3 ein Regelbereich von — 20 °/o bis 20 °/o der Höchstdrehzahl vorhanden ist. Zur Erreichung einer höheren Fahrgeschwindigkeit wird die Kupplung 12 eingeschaltet ttnd die Bremse 13 gelüftet. Der

Hauptkraftfluß geht dann über die Kupplungen 12 und 7 und das Wechselgetriebe A zum Umlaufrädergetriebe 3 des elektromechanischen Getriebes B. Mit Hilfe der elektrischen Maschinen 4 und 5 erfolgt, wie bereits bei Erläuterung der Abb. 2 näher ausgeführt, die Regelung innerhalb dieses Regelbereiches. Nach Einschalten der Kupplung 6 und Ausschalten der Kupplung 7 ist der Regelbereich für die höchsten Fahrgeschwindigkeiten vorhanden.

Wie schon oben betont ist, kann es in manchen Fällen erwünscht sein, außer dem vorgeschalteten Wechselgetriebe noch ein nachgeschaltetes Wechselgetriebe vorzusehen, das mit dem dritten Glied des Umlauf rädergetriebes des elektromechanischen Getriebes verbunden ist. Während das vorgeschaltete Wechselgetriebe in erster Linie zur Drehzahlregelung dient, ist das nachgeschaltete Wechselgetriebe dann am Platze, wenn mit der Drehzahlherabsetzung gleichzeitig eine Drehmomentsteigerung gewünscht wird.

Abb. 5 zeigt ein nachgeschaltetes Wechselns getriebe, bei welchem die Umschaltung auf höheres Drehmoment selbsttätig in Abhängigkeit von der Belastung erfolgt. A₁ ist das als Umlaufrädergetriebe ausgebildete Wechselgetriebe. 19 ist der Käfig dieses Umlaufrädergetriebes, der mit der Steuerscheibe 20 fest verbunden ist. Diese Steuerscheibe 20 ist beiderseitig mit kegelförmigen Einsenkungen nach Art von Schrägnuten versehen, in welchen Kugeln 21 liegen.

Die Gegensteuerscheiben 22 tragen an ihrem : Umfange konische. Reibflächen, die mit feststehenden Bremsringen 23 in eine reibungsschlüssige Verbindung gebracht werden können. Die Federn 24 sorgen dafür, daß die Gegensteuerscheiben 22 gegen die Kugeln 21 und damit gegen die Steuerscheibe 20 gedrückt werden. Außerdem sind Federn 25 vorgesehen, die den Kupplungsring 26 gegen die Kupplungsscheibe 27 der Abtriebswelle 28 drücken. Die Bremsringe 23 werden durch Bolzen 29 an der Drehung verhindert, die nur eine begrenzte axiale Bewegung der Bremsringe 23 entgegen der Federkraft 30 zulassen. Bei niedrigem Drehmoment ist die Kupplung 26, 27 eingeschaltet und die Bremse 22, 23 gelüftet. Übersteigt das Drehmoment einen bestimmten Wert, so übt die Steuereinrichtung 20, 21 unter Überwindung der Federspannung 24, 25 eine Spreizwirkung aus. Die Bremsringe 22 werden nach rechts verschoben. Gleichzeitig wird der Kupplungsring 26 nach links verschoben. Auf diese Weise wird ohne Leerstellung die Bremse ein- und die Kupplung ausgeschaltet, so daß das vorher kurzgeschlossene Wechselgetriebe A_x zur Drehmomentsteigerung wirksam wird.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgte das Schalten von einer Wechselgetriebestufe zur anderen bei gleichzeitiger Umkehrung der elektrischen Regelmaschine. Die Schaltkupplungen des Wechselgetriebes müssen hierbei Reibungskupplungen sein, damit während des Umschaltvorganges, der weniger als eine Sekunde dauert, keine Momentunterbrechung stattfindet. Die Momentschwankungen, die auftreten, werden durch eine Drehmomentkupplung oder ein anderes elastisches Glied klein gehalten.

Bei großen Antrieben kann es zweckdienlicher sein, an Stelle der Reibungskupplungen Verzahnungskupplungen zu verwenden. Für die Betätigung der Verzahnungskupplungen sind nämlich nur kleine Schaltkräfte erforderlich, und zwar insbesondere dann, wenn sie in unbelastetem Zustande geschaltet werden. Auch sind die Verzahnungskupplungen kleiner, billiger und zuverlässiger. Soll auch bei Verzahnungskupplungen eine kurzzeitige Momentunterbrechung nicht stattfinden, so muß das Wechselgetriebe nicht nur über das elektromechanische Getriebe, sondern außerdem über einen zweiten Energiestrang gespeist werden können, der, von dem Hauptmotor kommend, das elektromechanische Getriebe umgeht. Diese L^Tmgehungswelle übernimmt die Arbeit, wenn die Regelmaschine des elektromechanischen Getriebes bei Umschaltung des Wechselgetriebes umkehrt.

Abb. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines solchen Getriebes.

Die gleichen Teile sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Hinzugekommen sind die Kupplungen 31 und 32, welche die Räder des Wechselgetriebes A mit einer Hilfswelle 33 verbinden, die über das Hilfsgetriebe 34 und das Getriebe 14 mit dem Hauptmotor C in dauernder Verbindung steht. Will man beispielsweise von dem ersten Regelbereich auf den zweiten umschalten, so besteht folgende Ausgangsschaltung:

Vom Motor C über Kupplung 12, Umlaufrädergetriebe 3, Kupplung 7 und über sämtliche Räder des Wechselgetriebes A zum Wendegetriebe 17. Arbeitet die Regelmaschine 5 auf erhöhte Drehzahl des elektromechanischen Getriebes B, so ist die Über- / Setzung des elektromechanischen Getriebes X₁ : i. Ist das Gesamtübersetzungsverhältnis der Hilfsgetriebe 14 und 34 ebenfalls 1 : 1, so läuft die Hüfswelle 33 mit der gleichen Drehzahl wie die Verbindungswelle des Umlaufrädergetriebes 3 zum Wechselgetriebe A. Ferner ist auch das Übersetzungsverhältnis der ersten Räder jeder Wechselgetriebestufe 1:1, so daS die beiden Kupplungshälften der Kupplung 31 bei diesem Betriebszustand synchron laufen und damit ohne Stoß einge-

schaltet werden können. Hört die Momentwirkung des elektromechanischen Getriebes 3 auf, so kann die Kupplung 7 unbelastet ausgeschaltet und die Regelmaschine 5 umgekehrt werden. Aldann wird Kupplung 6 ein- und Kupplung 31 ausgeschaltet, so daß der neue Regelbereich verfügbar ist.

Beim Übergang der anderen Regelstufen ist der Schaltvorgang sinngemäß der gleiche.

Abb. 7 zeigt ein Wechselgetriebe mit Klauenschaltkupplungeii, das bei zwei Getriebestufen zwei Regelbereiche ergibt und in Verbindung mit dem elektromechanischen Getriebe nach Abb. 6 eine Aneinanderreihung der Regelbereiche ermöglicht, wie eine solche in Abb. 1 dargestellt ist. Dieses Getriebe ist nicht nur gut ausgenutzt, sondern auch besonders \Orteilhaft aufgebaut. Die schaltbaren Teile der Klauenkupplungen sitzen jeweils

ao am Ende eines Wellenteiles. Im unteren Hauptstrang 35^-37-^-36 ist jedes Rad mit Kupplungshälften beiderseitig gelagert. Die Kupplungen sind so ausgelegt, daß sowohl das unbelastete Zurückfassen des elektromechanischen Getriebes als auch eine geringe Drehzahlsteigerung der jeweilig nicht an der Arbeitsübertragung beteiligten Räder gewährleistet ist.

Dieses Ergebnis wird dadurch erzielt, daß das große Übersetzungsrad der ersten Stufe mit dem ersten Übertragungsrad der zweiten Stufe durch eine Wechselkupplung 8 verbunden ist, welche in ihrer anderen Stellung die zweite Stufe kurzschließt. 35 ist die Welle, die vom elektromechanischen Getriebe kommt. 33 ist die Umgehungswelle, die mit dem Antriebsmotor in dauernder Verbindung steht (s. Abb. 6). 36 ist die Abtriebswelle, während 37 eine Zwischenwelle des Getriebes bezeichnet.

Die Aufwärtsschaltung geht wie folgt vor sich:

i. Regelbereich: 35, 7, 8, 36 -i-33, 3*> 8, 36. 2. Regelbereich: 35, 6, 8, 36 4-33, 32, 36.

3. Regelbereich: 35, 7, 9, 36^33, 31, 9, 36.

4. Regelbereich: 35, 6, 9, 36.

Das Wechselgetriebe ist durchgeschaltet, sämtliche Räder sind unwirksam. Die Kupplungen 31, 32 müssen eine Mittelstellung besitzen, während die Kupplungen 7, 6 und 8, 9 auf diese Stellung verzichten können. Die letzteren Kupplungen sind nämlich mit Abweisflanken versehen, die ein unrichtiges und zu frühzeitiges Schalten verhindern.

Die Kupplungen 31, 32 sind schwieriger

zu schalten, da sowohl die eine als auch die andere Kupplungshälfte die schneller laufende sein kann. Die bekannten Synchronisierungskupplungen, welche nur unbelastet Räder einschalten können, sind hierzu nicht zu verwenden. Es müssen entweder an Stelle dieser beiden Kupplungen vier Kupplungen verwendet werden, so daß man beim Abwärtsschalten eine andere Kupplung wählt wie beim Aufwärtsschalten. Diese Lösung ist wieder verhältnismäßig teuer. Billiger ist es, eine Steuervorrichtung zu verwenden, die derartig arbeitet, daß· die Kupplung beim Einschalten zunächst auf einen Reibring stößt, der, durch dachförmige Flächen gesteuert, so lange die Haupteinschaltbewegung verhindert, bis die voreilende Kupplungshälfte zurückbleiben will. Sobald jetzt Zahn auf Lücke steht, sorgt die federnde Hauptschaltbuchse für die Kupplung.

Abb. 7 a bis 7 c zeigen ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Steuerung.

Mit 33 ist wiederum die Nebenwelle bezeichnet. 32 ist die rechts angeordnete Verzahnungskupplung; die links angeordnete Kupplung 31 ist nicht dargestellt, weil sie in der gleichen Weise aufgebaut ist. Die Verzahnungskupplung besteht aus zwei Haupt-Zahnkränzen 60 und 61. Die zum Kranzoo gehörige Nabe ist auf der Welle 33 axial verschiebbar, während die Nabe des Kranzes 61 fest mit dem zu kuppelnden Zahnrad 62 verbunden ist. Außer den Hauptzahnkränzen 60, 61 sind zwei verzahnte Reibringe 63 und 64 vorhanden, von denen der eine 63 in axialer Richtung gegen die Wirkung von Federn 65 verschiebbar ist, während der andere 64 in Umfangsrichtung gegen die Wirkung einer Mittelstellungsfeder 66 verdrehbar ist. Die Zähne des Reibringes 63 ragen über die Zähne des Hauptkranzes 60 dachförmig hinaus.

Die Steuereinrichtung arbeitet in folgender Weise:

Es sei angenommen, daß die zu kuppelnden Kränze 60,61 mit verschiedener Geschwindigkeit umlaufen, und zwar beispielsweise 60 schneller als 61. Wird jetzt der Zahnkranz 60 durch Betätigung des Schalthebels nach rechts verschoben, so- stößt zunächst die Hilfsverzahnung des Reibringes 63 auf die Verzahnung des Reibringes 64 und verdreht diesen in Drehrichtung von 60, und zwar maximal um eine halbe Zahnteilung, weil durch den Längsschlitz 6j in Umfangsrichtung und einen Sperrstift 68 die Relativverdrehung auf diesen Wert begrenzt ist. Hierbei können die Hauptkränze 60, 61 zunächst nicht in Eingriff kommen, da die Zähne des Hauptkranzes 60 auf einem größeren Umfang als die von 61 enden und der Reibring 64 in Umfangsrichtung so verdreht ist, daß die Lücken des Kranzes 61 oben abgedeckt sind und auf diese Weise den Eingriff der Zähne 60 verhindern. Ein Eingriff kann erst dann erfolgen, wenn

die Verzahnung des Reibringes 64 genau d.h. Zähne über Zähne und Lücken über Lücken, über der Hauptverzahnung 61 steht Das letztere tritt ein, sobald die beiden zu kuppelnden Zahnkränze 6o, 61 die gleiche Drehzahl haben.

Die angegebene Steuereinrichtung gestattet also nur dann eine Kupplung, wenn die Drehzahlen der zu kuppelnden' Teile übereinstimmen. Hierbei ist es gleichgültig, in welcher Richtung die Relativdrehzahl abweicht.

Da die Regelmaschine während des Kupplungsvorganges ihre Drehzahl nur verhältnismäßig langsam ändert, wird die Lastübergabe allmählich vor sich gehen. Der elektrische Belastungsanstieg der Regelmaschine gibt den Impuls für das Umkehren der Regelmaschine. Während des Lastwechsels, der in der Klauenkupplung auftritt, kann die Kupplung erforderlichenfalls eine Einschaltbewegung fortsetzen. Nach Belastung dieser Kupplung 31, 32 tritt eine Entlastung der vorher wirksamen Wendekupplung 7, 6, S oder 9 ein, welche durch die bereits vorhandene Steuerkraft diese Kupplung ausschaltet und die andere Wendekupplung in die Bereitschaftsstellung zur Einschaltung bringt. Das Einschalten erfolgt infolge der bei diesen Kupplungen vorhandenen Abweisflanken selbsttätig in dem Augenblick, in dem beide Kupplungen gleiche Drehzahlen besitzen. ■

Das Einschalten der Umgehungskupplung 31,32 kann jedoch auch elektrisch gesteuert werden, und zwar beispielsweise wie folgt: Das Einschalten der Kupplung 31, 32 muß erfolgen, wenn die Hilfsmaschine und die Regelmaschine des elektromechanischen Getriebes gleiche Drehzahlen haben, die gleich oder entgegengesetzt gerichtet sind. Weiter muß das Einschalten der Kupplung 31 in Abhängigkeit von der Einschaltstellung der Kupplung 7 und 6, das Einschalten von 32 in Abhängigkeit von 7,6 und 8,9 erfolgen. Die Abhängigkeit von der Kupplungsschaltstellung ist durch elektrische Hilfskontakte leicht herbeizuführen. Differentialgetriebe und Schleppschalter sind die Mittel, um bei bestimmten Drehzahlverhältniswerten einen Einschaltimpuls herzustellen. Man wird hierbei die Übersetzung so wählen, daß der Einschaltimpuls stets ein wenig vor Erreichen des Synchronismus gegeben wird. Der Schaltsynchronismus besteht also beispielsweise dann, wenn die Regelmaschine 99% der Hilfsmaschinendrehzahl erreicht hat. Da für jede der beiden Kontaktvorrichtungen nur eine Drehrichtung gilt, kann vor der eigentlichen Kontaktvorrichtung ein Freilauf eingeschaltet werden, welcher den Schleppschalter schont.

Die Gesamtregelung des Getriebes erfolgt am einfachsten in Abhängigkeit von der Drehzahl des Hauptmotors, wenn diese nicht starr ist. Ein Kontaktdrehzahlmesser gibt die erforderlichen Impulse an eine elektrisch augetriebene Schaltwalze für die Aufwärts- und Abwärtsschaltung. Da elektrisch angetriebene Steuerwalzen, wenn auch für andere Zwecke, bekannt sind, erübrigt es sich, auf die Einzelheiten der Steuerung einzugehen.

Die Wirkungsweise einer solchen Steuereinrichtung ist beispielsweise folgende: Ist ein Omnibus mit einem Getriebe gemäß der Erfindung ausgerüstet, so hat der Fahrer beim Anfahren nur den Brennstoffhebel zu betätigen. Die Hauptkupptung schaltet sich selbsttätig ein. Nach Aufhören des Kupplungsschlupfes steigert sich, die Drehzahl des Antriebsmotors bei unverändertem überset zungsverhältnis des Getriebes. Nach Er- bo reichen der höchsten Motordrehzahl arbeitet der Regelmotor des elektromechanischen Getriebes im Sinne der Geschwindigkeitssteigerung. Gibt der Fahrer viel Brennstoff, so erfolgt das Anfahren rasch, gibt er weniger, so entsprechend langsamer. Fällt hierbei sowie beim Bremsen die Motordrehzahl ab, so erfolgt selbsttätig in umgekehrter Reihenfolge die Abwärtsschaltung, so daß stets die günstigste Übersetzung bei allen Fahrzeuggeschwindigkeiten vorhanden ist. Die Kupplung wird jedoch erst dann ausgeschaltet, wenn bei niedriger Hauptmotordrehzalil die Bremse eingeschaltet ist.

Bei Raupenfahrzeugen, die insbesondere durch einen einzigen Motor angetrieben werden, ist die Steuerung von besonderer Bedeutung. Der gemeinsame Motor treibt über j.e einelektromechanischesGetriebenebst nachgeschaltetem Wechselgetriebe die beiden Raupen an, so daß die Drehzahlen der einzelnen Raupen mit Hilfe einer Zentralsteuerung jede für sich genau eingestellt werden können. Für die Steuerung des Raupenfahrzeuges sind neben dem nicht unbedingt notwendig kombinierten Gasbremspedal nur ein Steuerrad und ein Lenkpedal erforderlich.

Für jede Raupe ist gemäß Abb. S eine Steuerwalze 40, 41 vorhanden, die über ein Wendegetriebe 42 durch das Steuerrad 43 angetrieben werden. Bei Rechtsdrehung erfolgt Geschwindigkeitssteigerung, bei Linksdrehung Geschwindigkeitsminderung. Das Wendegetriebe 42 ist beispielsweise so auf-

ebaut, daß die eine Steuerwalze 40 direkt vom Steuerrad 43 betätigt wird, während die andere 41 über zwei Kegelräder 42,,, 42 ₆ und ein Wendekegelrad 42^, dessen Achse mit dem Steuerrad 43 über eine Klauenkupplung 44 ;ekuppelt ist, von diesem angetrieben wird.

Bei gleichmäßiger Regelung drehen sich beide Steuerwalzen 40, 41 in gleichem Sinne.

Bei Kurvenfahrt wird durch Betätigung des Lenkpedals 45 durch die Klauenkupplung 44 die Achse des Kegelwenderades 42_t. vom Steuerrad 43 gelöst und mit dem stehenden Gehäuse 46 gekuppelt. Durch Linksdrehen des Handrades wird alsdann die Steuerwalze 41 im Sinne einer Drehzahlsteigerung, die Steuerwalze 40 im Sinne einer Drehzahlminderung gedreht, so daß das Fahrzeug nach ίο links fährt. In der Kurve kann ebenfalls die Fahrzeuggeschwindigkeit geändert werden, nachdem das Lenkpedal 45 frei gelassen wurde. Das vorher eingestellte Drehzalilverliältnis bleibt bestehen unabhängig von den Fahrwiderständen.

Um eine sichere Steuerung zu erhalten, empfiehlt es sich, die Übersetzungsänderung von einer Wechselgetriebestufe zur anderen innerhalb einer 'ganzen oder einer halben Steuerraddrehung vorzunehmen. Das Umkehren der Regelmaschine bei Getriebestufenwechsel erfolgt am zweckmäßigsten durch einen kleinen Hilfsantrieb 47, der auch vom Hauptmotor abgelenkt sein kann und sonst normalerweise festgebremst ist.

Dieser Hilfsantrieb 47 arbeitet über eine Wendekupplung 48 je nach Schaltung auf das Gehäuse des einen oder des anderen Differentialgetriebes 49 oder 50. Während der Umkehrung der Regelmaschine hält ein Schaltmagnet 51 das Steuerrad 43 fest. Die Wendekupplung 48 ist nach der gewünschten Steuerwalze 40 bzw. 41 eingeschaltet und die dazugehörige Bremse 49,, bzw. 50_a gelüftet. Nachdem die betreffende Steuerwalze und damit die entsprechende Regelmaschine umgekehrt ist, fällt die zugehörige Bremse 49_a bzw. 5O₀ wieder ein, der Schaltmagnet 51 gibt das Steuerrad 43 wieder frei. Außer den Steuerwalzen 40, 41 sind noch Schaltwalzen 52, 53 vorgesehen, welche bei jedem Getriebestufenwechsel die für das Getriebe erforderlichen Schaltimpulse geben.

Die Bremsung erfolgt am einfachsten in Abhängigkeit von der Drehzahl des Hauptmotors. Überschreitet diese einen bestimmten Wert, so setzt die Bremsung ein. Ein Fliehkraftschalter kann die Bremsen betätigen, jedoch kann auch eine Flüssigkeitskupplung mit Selbstfüllung die Tätigkeit einer Bremse übernehmen. Da die Getriebebremswirkung im Gefahrenfalle nicht ausreichend ist, ist zweckmäßig noch eine zweite Bremse vorzusehen, die durch das Bremspedal bedient wird. Diese Bremse kann gesperrt werden, um sie auch als Haltebremse verwenden zu können.

Das elektromechanische Getriebe gemäß der Erfindung ist nicht nur für Fahrzeuge jeglicher Art, sondern auch für Antriebe beliebiger Art vorteilhaft verwendbar.

Claims (20)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Kraftübertragung, insbesondere für Fahrzeuge, mit einem elektromechanischen Getriebe, das aus einem dreigliedrigen Umlaufrädergetriebe und mindestens zwei elektrischen Maschinen besteht, von denen die eine mit dem ersten und die andere mit dem zweiten Glied des Umlaufrädergetriebes mechanisch kuppelbar ist, gekennzeichnet durch die Hintereinanderschaltung eines derartigen elektromechanischen Getriebes (B) mit einem Zahnradwechselgetriebe (A), wobei das Wechseigetriebe (A) entweder hinter das dritte Glied des zum elektromechanischen Getriebe gehörenden Umlaufrädergetriebes (3) oder zwischen Antriebsmotor (C) nebst der einen elekirischen Maschine und erstes Glied des Umlaufrädergetriebes (3) geschaltet ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, ge-_; kennzeichnet durch die Anordnung eines zweiten Zahnradwechselgetriebes, das für den Fall, daß das erste Zahnradwechselgetriebe dem elektromechanischen Getriebe (B) vorgeschaltet ist, diesem nachgeschaltet ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnradwechselgetriebe (A) ebenfalls als Umlaufrädergetriebe (12) ausgebildet ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Umlaufrädergetriebe (1, 2, 3) je zwei Schaltkupplungen (6 bis 11) besitzen, von denen die eine (6, 9, 10) das zweite Glied (Käfig) mit dem ersten oder dritten Glied (Sonnenrad oder Hohlrad) verbindet und die andere (7, 8, 11) das zweite Glied (Käfig) mit dem festen Gehäuse (Abb. 2) verbindet.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Maschinen (Hilfsmaschine 4 und Regelmaschine 5) mechanisch miteinander kuppelbar (Kupplung 16) sind (Abb. 2).
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der elektrischen Maschinen (4 und 5) hinsieht-Hch Übersetzung und Drehzahl so ausgebildet ist, daß bei eingeschalteter Kupplung (16) das zweite Glied des Umlaufrädergetriebes (3) entgegengesetzt umläuft wie das erste Glied desselben.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Maschinen (Hilfsmaschine 4 und Regelmaschine 5) gleichachsig angeordnet sind. · .120
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad-

   wechselgetriebe für jede Übersetzungsstufe zwei Räderpaare besitzt, wobei das erste und das letzte mit der zwischen ihnen liegenden Wechselkupplung (6,7) gleichachsig liegt (Abb. 4).
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur elektrischen Steuerung der Hilfsmaschine (4) und der Regelmaschine. (5) und zur

   ίο mechanischen Betätigung der Schaltkupplungen (6, 7, 12, 13) eine gemeinsame Steuereinrichtung (18) dient (Abb. 4).
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgeschaltete Zahnradwechselgetriebe mit einer an sich bekannten Steuereinrichtung versehen ist, welche in Abhängigkeit vom Belastungsmoment das Wechselgetriebe selbsttätig umschaltet (Abb. 5).

    ■20
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Umlauf rädergetriebes als Zahnradwechselgetriebe die Steuerungseinrichtung aus einer Steuerscheibe (20) besteht, die mit Schrägnuten versehen ist, und mit Gegensteuerscheiben (22), die ebenfalls Schrägnuten aufweisen, unter Zwischenschaltung von Wälzkörpern (21) in den Schrägnuten zusammenarbeiten, wobei die durch Federn (24) belasteten Gegensteuerscheiben (22) an ihrem Umfang Bremsflächen besitzen, welche bei Überschreitung eines bestimmten Belastungsmoments unter Überwindung der Federspannung

    (24) sich gegen feststehende Bremsflächen (23) legen und gleichzeitig eine Kupplung (26, 27) lösen, welche das zweite Glied des Umlaufrädergetriebes mit dessen drittem Glied verbindet.
12. 12. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenwelle (33) des Zahnradwechselgetriebes unter Umgehung des Umlauf rädergetriebes des elektromechanischen Getriebes vom Hauptmotor angetrieben wird (Abb. 6).
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Räderpaar jeder Wechselgetriebestufe eine solche Übersetzung aufweist, daß die Neben welle (33) bei der höchsten oder niedrigsten Übersetzung des elektromechanischen Getriebes mit dem zu kuppelnden Schaltrad synchron umläuft.
14. 14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenwelle

    (33) bei der höchsten Übersetzung des elektromechanischen Getriebes die gleiche Drehzahl wie die Ausgangswelle (35) des elektromechanischen Getriebes aufweist (Abb. 7).
15. 15. Einrichtung nach Anspruch 12 bis

    14, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Nebenwelle (33) vorgesehenen Schaltkupplungen (31, 32), bei denen sowohl die eine als auch die andere Kupplungshälfte die schneller laufende sein kann, als Verzahnüngskupplungen ausgebildet sind, und eine Steuerungseinrichtung aufweisen, welche das Ineinandergreifen der Zähne bei Nichtübereinstimmung der Drehzahl verhindern (Abb. 6).
16. 16. Einrichtung nach Anspruch 1 bis

    15, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit von der Drehzahl·des Hauptmotors selbsttätig das Auf- und Abwärtsschalten des Getriebes vornimmt.
17. 17. Einrichtung nach Anspruch 1 bis

    16, insbesondere für Raupenfahrzeuge mit nur einem Antriebsmotor und zwei Getrieben, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Getriebe je eine Steuereinrichtung (Schaltwalze 40, 52 und 41, 53) vorgesehen ist, die über eine Umschaltvorrichtung (42, 44 bis 46) von einem gemeinsamen Antrieb (43) derart angetrieben wird, daß bei gleicher Drehrichtung des Antriebes (43) beide Steuereinrichtungen (40, 52 und 41, 53) entweder im gleichen oder im zueinander entgegengesetzten go Sinne bewegt werden (Abb. 8).
18. 18. Einrichtung nach Anspruch 17, da- _: durch gekennzeichnet, daß jede Steuereinrichtung aus zwei getrennten Organen besteht, von denen das eine (40, 41) zur Drehzahlsteuerung der elektrischen Maschinen und das andere (52, 53) zur Steuerung der Kupplungen, Bremsen, Schalter u. dgl. dient.
19. 19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Drehzahlsteuerung der elektrischen Maschinen dienenden Steuerorgane (40, 41) über Differentialgetriebe (49, 50) angetrieben werden, wobei ein Glied des Differentialgetriebes mit einem zusätzlichen Antrieb (47) kuppelbar ist, der innerhalb eines Regelbereiches fest gebremst und bei Umschaltung wirksam ist.
20. 20. Einrichtung nach Anspruch 19, ge- no kennzeichnet durch eine Sperreinrichtung (51), die bei Einschaltung des zusätzlichen Antriebes (47) den Hauptantrieb (43) der Steuereinrichtung festhält.

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen